2010 දී ගයිම් සහ නොවොසෙලොව් ග්රැෆීන් පිළිබඳ ඔවුන්ගේ කාර්යය සඳහා භෞතික විද්යාව සඳහා නොබෙල් ත්යාගය දිනා ගත්හ. මෙම සම්මානය බොහෝ දෙනෙකු කෙරෙහි ගැඹුරු හැඟීමක් ඇති කර ඇත. සියල්ලට පසු, සෑම නොබෙල් ත්යාග පර්යේෂණාත්මක මෙවලමක්ම ඇලවුම් පටි තරම් පොදු නොවන අතර, සෑම පර්යේෂණ වස්තුවක්ම "ද්විමාන ස්ඵටික" ග්රැෆීන් තරම් ඉන්ද්රජාලික සහ තේරුම් ගැනීමට පහසු නොවේ. 2004 දී කළ කාර්යය 2010 දී ප්රදානය කළ හැකි අතර, එය මෑත වසරවල නොබෙල් ත්යාග වාර්තාවේ දුර්ලභ ය.
ග්රැෆීන් යනු ද්විමාන පැණි වද ෂඩාස්රාකාර දැලිසකට සමීපව සකස් කරන ලද කාබන් පරමාණු තනි ස්ථරයකින් සමන්විත ද්රව්යයකි. දියමන්ති, මිනිරන්, ෆුලරීන්, කාබන් නැනෝ ටියුබ් සහ අස්ඵටික කාබන් මෙන්, එය කාබන් මූලද්රව්ය වලින් සමන්විත ද්රව්යයකි (සරල ද්රව්යය). පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, ෆුලරීන් සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ් ග්රැෆීන් ස්ථර කිහිපයකින් ගොඩගැසී ඇති ග්රැෆීන් ස්ථරයකින් යම් ආකාරයකින් රෝල් කර ඇති බව දැකිය හැකිය. විවිධ කාබන් සරල ද්රව්යවල (ග්රැෆයිට්, කාබන් නැනෝ ටියුබ් සහ ග්රැෆීන්) ගුණාංග විස්තර කිරීම සඳහා ග්රැෆීන් භාවිතය පිළිබඳ න්යායාත්මක පර්යේෂණය වසර 60 කට ආසන්න කාලයක් පැවතුනද, එවැනි ද්විමාන ද්රව්ය ස්ථායීව පැවතීම දුෂ්කර බවත්, ත්රිමාණ උපස්ථර මතුපිටට හෝ ග්රැෆයිට් වැනි ද්රව්ය ඇතුළත පමණක් සම්බන්ධ වී ඇති බවත් සාමාන්යයෙන් විශ්වාස කෙරේ. ඇන්ඩ්රේ ගයිම් සහ ඔහුගේ ශිෂ්ය කොන්ස්ටන්ටින් නොවොසෙලොව් ග්රැෆීන් පිළිබඳ පර්යේෂණ නව සංවර්ධනයක් අත්කර ගත්තේ 2004 දී ඇන්ඩ්රේ ගයිම් සහ ඔහුගේ ශිෂ්ය කොන්ස්ටන්ටින් නොවොසෙලොව් විසින් අත්හදා බැලීම් හරහා ග්රැෆීන් වලින් තනි තට්ටුවක් ඉවත් කරන ලදී.
ෆුලරීන් (වමේ) සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ් (මැද) යන දෙකම යම් ආකාරයකින් ග්රැෆීන් ස්ථරයක් මගින් රෝල් කරන ලද ඒවා ලෙස සැලකිය හැකි අතර, ග්රැෆයිට් (දකුණේ) වැන් ඩර් වෝල්ස් බලයේ සම්බන්ධතාවය හරහා ග්රැෆීන් ස්ථර කිහිපයක් මගින් ගොඩගැසී ඇත.
වර්තමානයේ, ග්රැෆීන් බොහෝ ආකාරවලින් ලබා ගත හැකි අතර, විවිධ ක්රමවලට තමන්ගේම වාසි සහ අවාසි ඇත. ගයිම් සහ නොවොසෙලොව් සරල ආකාරයකින් ග්රැෆීන් ලබා ගත්හ. සුපිරි වෙළඳසැල්වල ඇති විනිවිද පෙනෙන ටේප් භාවිතා කරමින්, ඔවුන් ඉහළ පෙළේ පයිරොලයිටික් ග්රැෆයිට් කැබැල්ලකින් කාබන් පරමාණු ස්ථරයක් පමණක් ඝනකම ඇති ග්රැෆීන් පත්රයක් ඉවත් කළහ. මෙය පහසු ය, නමුත් පාලනය කිරීමේ හැකියාව එතරම් හොඳ නැත, සහ මයික්රෝන 100 ට අඩු (මිලිමීටරයකින් දහයෙන් එකක්) ප්රමාණයකින් යුත් ග්රැෆීන් පමණක් ලබා ගත හැකි අතර එය අත්හදා බැලීම් සඳහා භාවිතා කළ හැකි නමුත් ප්රායෝගික යෙදුම් සඳහා භාවිතා කිරීම දුෂ්කර ය. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම මගින් ලෝහ මතුපිට සෙන්ටිමීටර දස ගණනක ප්රමාණයකින් යුත් ග්රැෆීන් සාම්පල වර්ධනය කළ හැකිය. ස්ථාවර දිශානතියක් සහිත ප්රදේශය මයික්රෝන 100 ක් පමණක් වුවද [3,4], සමහර යෙදුම්වල නිෂ්පාදන අවශ්යතා සඳහා එය සුදුසු වී ඇත. තවත් පොදු ක්රමයක් වන්නේ රික්තයේ සිලිකන් කාබයිඩ් (SIC) ස්ඵටිකය 1100 ℃ ට වඩා රත් කිරීමයි, එවිට මතුපිට අසල ඇති සිලිකන් පරමාණු වාෂ්ප වී ඉතිරි කාබන් පරමාණු නැවත සකස් කරනු ලැබේ, එමඟින් හොඳ ගුණාංග සහිත ග්රැෆීන් සාම්පල ද ලබා ගත හැකිය.
ග්රැෆීන් යනු අද්විතීය ගුණාංග සහිත නව ද්රව්යයකි: එහි විද්යුත් සන්නායකතාවය තඹ තරම් විශිෂ්ට වන අතර එහි තාප සන්නායකතාවය දන්නා ඕනෑම ද්රව්යයකට වඩා හොඳය. එය ඉතා විනිවිද පෙනෙන ය. සිරස් සිදුවීම් දෘශ්ය ආලෝකයෙන් කුඩා කොටසක් (2.3%) පමණක් ග්රැෆීන් මගින් අවශෝෂණය කර ගන්නා අතර ආලෝකයෙන් වැඩි කොටසක් ඒ හරහා ගමන් කරයි. එය කෙතරම් ඝනද යත් හීලියම් පරමාණු (කුඩාම වායු අණු) පවා ඒ හරහා ගමන් කළ නොහැක. මෙම ඉන්ද්රජාලික ගුණාංග ග්රැෆයිට් වලින් සෘජුවම උරුම නොවන නමුත් ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවෙන් උරුම වේ. එහි අද්විතීය විද්යුත් සහ දෘශ්ය ගුණාංග එයට පුළුල් යෙදුම් අපේක්ෂාවන් ඇති බව තීරණය කරයි.
ග්රැෆීන් වසර දහයකටත් අඩු කාලයක් තුළ දර්ශනය වුවද, එය බොහෝ තාක්ෂණික යෙදුම් පෙන්වා දී ඇති අතර එය භෞතික විද්යාව හා ද්රව්ය විද්යාව යන ක්ෂේත්රවල ඉතා දුර්ලභ ය. සාමාන්ය ද්රව්ය රසායනාගාරයේ සිට සැබෑ ජීවිතයට මාරු වීමට වසර දහයකට වඩා හෝ දශක ගණනාවකට වඩා ගත වේ. ග්රැෆීන් වල ප්රයෝජනය කුමක්ද? උදාහරණ දෙකක් දෙස බලමු.
මෘදු විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩය
බොහෝ විදුලි උපකරණවල, විනිවිද පෙනෙන සන්නායක ද්රව්ය ඉලෙක්ට්රෝඩ ලෙස භාවිතා කිරීමට අවශ්ය වේ. ඉලෙක්ට්රොනික ඔරලෝසු, ගණක යන්ත්ර, රූපවාහිනී, ද්රව ස්ඵටික සංදර්ශක, ස්පර්ශ තිර, සූර්ය පැනල සහ තවත් බොහෝ උපාංගවලට විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩවල පැවැත්මෙන් ඉවත් විය නොහැක. සාම්ප්රදායික විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩය ඉන්ඩියම් ටින් ඔක්සයිඩ් (ITO) භාවිතා කරයි. ඉහළ මිල සහ සීමිත ඉන්ඩියම් සැපයුම හේතුවෙන්, ද්රව්යය බිඳෙනසුලු වන අතර නම්යශීලී බවක් නොමැති අතර, ඉලෙක්ට්රෝඩය රික්තයේ මැද ස්ථරයේ තැන්පත් කිරීමට අවශ්ය වන අතර පිරිවැය සාපේක්ෂව ඉහළ ය. දිගු කලක් තිස්සේ විද්යාඥයින් එහි ආදේශකය සොයා ගැනීමට උත්සාහ කර ඇත. විනිවිදභාවය, හොඳ සන්නායකතාවය සහ පහසු සූදානම යන අවශ්යතාවලට අමතරව, ද්රව්යයේ නම්යශීලීභාවය හොඳ නම්, එය “ඉලෙක්ට්රොනික කඩදාසි” හෝ වෙනත් නැමිය හැකි සංදර්ශක උපාංග සෑදීම සඳහා සුදුසු වනු ඇත. එබැවින්, නම්යශීලීභාවය ද ඉතා වැදගත් අංගයකි. ග්රැෆීන් යනු එවැනි ද්රව්යයක් වන අතර එය විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩ සඳහා ඉතා සුදුසු වේ.
දකුණු කොරියාවේ සැම්සුන් සහ චෙන්ග්ජුන්ගුවාන් විශ්ව විද්යාලයේ පර්යේෂකයින් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම මගින් අඟල් 30 ක විකර්ණ දිගකින් යුත් ග්රැෆීන් ලබාගෙන එය මයික්රෝන 188 ක ඝනකමකින් යුත් පොලිඑතිලීන් ටෙරෙෆ්තලේට් (PET) පටලයකට මාරු කර ග්රැෆීන් පාදක ස්පර්ශ තිරයක් නිපදවයි [4]. පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, තඹ තීරු මත වගා කරන ලද ග්රැෆීන් පළමුව තාප ඉවත් කිරීමේ පටිය (නිල් විනිවිද පෙනෙන කොටස) සමඟ බන්ධනය කර, පසුව තඹ තීරු රසායනික ක්රමය මගින් විසුරුවා හරිනු ලබන අතර, අවසානයේ ග්රැෆීන් රත් කිරීමෙන් PET පටලයට මාරු කරනු ලැබේ.
නව ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපකරණ
ග්රැෆීන් සතුව ඉතා අද්විතීය දෘශ්ය ගුණාංග ඇත. පරමාණු ස්ථරයක් පමණක් තිබුණද, දෘශ්ය ආලෝකයේ සිට අධෝරක්ත කිරණ දක්වා මුළු තරංග ආයාම පරාසය තුළම විමෝචනය වන ආලෝකයෙන් 2.3% ක් අවශෝෂණය කර ගත හැකිය. මෙම සංඛ්යාව ග්රැෆීන්හි අනෙකුත් ද්රව්ය පරාමිතීන් සමඟ කිසිදු සම්බන්ධයක් නොමැති අතර එය ක්වොන්ටම් විද්යුත් ගති විද්යාව මගින් තීරණය වේ [6]. අවශෝෂණය කරන ලද ආලෝකය වාහක (ඉලෙක්ට්රෝන සහ සිදුරු) ජනනය කිරීමට හේතු වේ. ග්රැෆීන් වල වාහක උත්පාදනය සහ ප්රවාහනය සාම්ප්රදායික අර්ධ සන්නායකවල ඇති ඒවාට වඩා බෙහෙවින් වෙනස් ය. මෙය ග්රැෆීන් අතිශය වේගවත් ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපකරණ සඳහා ඉතා සුදුසු කරයි. එවැනි ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපකරණ 500ghz සංඛ්යාතයකින් ක්රියා කළ හැකි බවට ඇස්තමේන්තු කර ඇත. එය සංඥා සම්ප්රේෂණය සඳහා භාවිතා කරන්නේ නම්, එය තත්පරයකට ශුන්ය බිලියන 500 ක් හෝ එකක් සම්ප්රේෂණය කළ හැකි අතර, තත්පරයකින් බ්ලූ කිරණ තැටි දෙකක අන්තර්ගතය සම්ප්රේෂණය සම්පූර්ණ කරයි.
එක්සත් ජනපදයේ IBM තෝමස් ජේ. වොට්සන් පර්යේෂණ මධ්යස්ථානයේ විශේෂඥයින් ග්රැෆීන් භාවිතා කර 10GHz සංඛ්යාතයකින් ක්රියා කළ හැකි ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපාංග නිෂ්පාදනය කර ඇත [8]. පළමුව, ග්රැෆීන් පෙති 300 nm ඝන සිලිකා වලින් ආවරණය කරන ලද සිලිකන් උපස්ථරයක් මත “ටේප් ඉරීමේ ක්රමය” මගින් සකස් කරන ලද අතර, පසුව මයික්රෝන 1 ක පරතරයක් සහ 250 nm පළලක් සහිත පැලේඩියම් රන් හෝ ටයිටේනියම් රන් ඉලෙක්ට්රෝඩ ඒ මත සාදන ලදී. මේ ආකාරයෙන්, ග්රැෆීන් මත පදනම් වූ ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපාංගයක් ලබා ගනී.
ග්රැෆීන් ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපකරණවල ක්රමානුරූප රූප සටහන සහ සත්ය සාම්පලවල ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්රෝන අන්වීක්ෂ (SEM) ඡායාරූප. රූපයේ කළු කෙටි රේඛාව මයික්රෝන 5 ට අනුරූප වන අතර ලෝහ රේඛා අතර දුර මයික්රෝන එකකි.
අත්හදා බැලීම් හරහා, පර්යේෂකයන් සොයා ගත්තේ මෙම ලෝහ ග්රැෆීන් ලෝහ ව්යුහය ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපාංගයට උපරිම වශයෙන් 16ghz ක්රියාකාරී සංඛ්යාතය කරා ළඟා විය හැකි බවත්, 300 nm (පාරජම්බුල කිරණ අසල) සිට මයික්රෝන 6 (අධෝරක්ත කිරණ) දක්වා තරංග ආයාම පරාසය තුළ අධික වේගයෙන් ක්රියා කළ හැකි බවත්, සාම්ප්රදායික ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ නළයට දිගු තරංග ආයාමයක් සහිත අධෝරක්ත ආලෝකයට ප්රතිචාර දැක්විය නොහැකි බවත්ය. ග්රැෆීන් ප්රකාශ විද්යුත් ප්රේරණ උපකරණවල ක්රියාකාරී සංඛ්යාතය තවමත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා විශාල ඉඩක් ඇත. එහි උසස් ක්රියාකාරිත්වය නිසා සන්නිවේදනය, දුරස්ථ පාලනය සහ පාරිසරික අධීක්ෂණය ඇතුළු පුළුල් පරාසයක යෙදුම් අපේක්ෂාවන් ඇත.
අද්විතීය ගුණාංග සහිත නව ද්රව්යයක් ලෙස, ග්රැෆීන් යෙදීම පිළිබඳ පර්යේෂණ එකින් එක මතුවෙමින් පවතී. ඒවා මෙහි ගණන් කිරීම අපට අපහසුය. අනාගතයේදී, ග්රැෆීන් වලින් සාදන ලද ක්ෂේත්ර ආචරණ නල, ග්රැෆීන් වලින් සාදන ලද අණුක ස්විච සහ ග්රැෆීන් වලින් සාදන ලද අණුක අනාවරක එදිනෙදා ජීවිතයේදී තිබිය හැකිය... ක්රමයෙන් රසායනාගාරයෙන් පිටතට එන ග්රැෆීන් එදිනෙදා ජීවිතයේදී බැබළෙනු ඇත.
නුදුරු අනාගතයේ දී ග්රැෆීන් භාවිතා කරන ඉලෙක්ට්රොනික නිෂ්පාදන විශාල ප්රමාණයක් බිහි වනු ඇතැයි අපට අපේක්ෂා කළ හැකිය. අපගේ ස්මාර්ට්ෆෝන් සහ නෙට්බුක් භාවිතයේ නොමැති විට ඒවා රෝල් කර, කන්වල තද කර, සාක්කුවල පුරවා හෝ අපගේ මැණික් කටුව වටා ඔතා ගත හැකි නම් එය කොතරම් රසවත්දැයි සිතා බලන්න!
පළ කිරීමේ කාලය: මාර්තු-09-2022